Устройство для измерения температуры Советский патент 1980 года по МПК G01K11/24 

1

Изобретение относится к области термометрии, например к измерению флуктуации температуры газовой среды.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее генератор импульсов, соединенный с ультразвуковым преобразователем, приемник 1.

Однако известное устройство не обладает требуемой точностью и помехозащищенностью. Это объясняется тем, что момент прихода сигнала фиксируется с большой яогрещностью.

Наиболее близким по технической сущности к данному является устройство для измерения температуры, содержащее соединенные электроакустически последовательно генератор возбуждающих импульсов, излучающий и принимающий ультразвуковые преобразователи, приемник и триггер 2.

Однако известное устройство не обладает требуемой точностью измерения и помехозащищенностью из-за того, что при неблагоприятных условиях прохождения ультразвукового сигнала, например наличие щумов или сильной мультипликативной помехи, момент прихода сигнала фиксируется с больщой погрещностью.

Целью изобретения является повыщение точности измерения при одновременном

увеличении помехоустойчивости. Для этого в устройство введены нуль-орган, первый генератор стабильной частоты и цепь из последовательно соединенных дифференциатора, делителя числа импульсов, второго триггера, схемы И, второго делителя числа импульсов, генератора серии импульсов, разностного счетчика импульсов и рещающего блока, причем выход дифференциатора подключен также ко вторым входам рещающего блока, второго триггера и разностного счетчика импульсов, третий вход которого подключен к выходу схемы И, ко входу которой подсоединен выход первого

13 генератора стабильной частоты и выход первого триггера, подключенного вторым входом через нуль-орган к выходу генератора возбуждающих импульсов, при этом выход приемника подключен также ко вторым входам делителей числа импульсов, а генератор возбуждающих импульсов содержит второй генератор стабильной частоты, модулятор и генератор тактовых имп льсов, подключенный ко второму выходу генератора возбуж.дающих импульсов и ко входам дифференциатора и модулятора, подключенного выходом к первому выходу генератора возбуждающих импульсов, а входом к выходу второго генератора стабильной

30 частоты. На фиг. 1 представлена блок-схема на фиг. 2 - временные диаг устройства; раммы. Устройство включает генератор 1 воз бул дающих имнульсов, генератор 2 тактовых импульсов, модулятор 3, второй генератор 4 стабильной частоты, излучающий преобразователь 5, нуль-орган 6, первый триггер 7, принимающий преобразователь 8 приемник 9,, схему И 10, первый генератор 11 стабильной частоты, дифференциатор 12, разностный счетчик 13 имнульсов, решающий блок 14, второй триггер 15 делители 16 и 17 числа импульсов, генератор 18 серии имнульсов. Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени to генератор 2 вырабатывает видеоимпульс (фиг. 2, диаграмма 19), который поступает на модулятор 3 и диффереициатор 12. На выходе дифференциатора 12 образуется импульс (диаграмма 20), который переводит в нулевые (исходные) состояния разностный счетчик 13, решающее устройство 14 и делитель 16, а второй триггер 15 - в единичное состояние. После этого измеритель подготавливается к работе. На второй вход модулятора 3 поступает сигнал с выхода второго генератора 4. На выходе модулятора образуется радиоимпульс (диаграмма 21), частота занолнения которого выбирается так, чтобы динамический диапазон измеряемых флуктуации температуры был меньше периода этой частоты, а длительность импульса выбирается из условий обеспечения бегучей волны в системе. Импульс (диаграмма 21) поступает на излучающий преобразователь 5, в котором преобразуется в акустический, проходит исследуемую среду и прнимается преобразователем 8. Электрический сигнал (диаграмма 22) с преобразователя 8 поступает иа приемник 9, в котором усиливается и проходит первичную обработку. С выхода модулятора 3 импульс (диаграмма 22) также поступает иа нуль-орган 6, на выходе которого образуются импульсы (диаграмма 23), нормированные по амплитуде и длительности. Эти импульсы соответствуют по времени моментам прохождения через нулевые значения сигнала (диаграмма 21) на входе нуль-органа. Импульсы (диаграмма 24) с выхода приемника, сформированные аналогично импульсам 23, поступают на первый вход первого триггера 7, на второй вход которого ноступают импульсы (диаграмма 23). На выходе триггера образуются (диаграмма 25), длительность которых несет информацию об изменениях температуры в исследуемой среде. Импульсы (диаграмма 24) поступают также на вторые входы первого и второго делителей 16 и 17. Коэффициент деления первого делителя 16 Ki выбран: /d 2т/ (1), где т - время прохождения ультразвукового сигнала в среде; / - рабочая частота, т. е. пачка импульсов (диаграмма 25), соответствующая одному зондирующему радиоимпульсу 21, формируется нри наличии чисто бегучей волны в акустической системе. Остальная часть схемы презназначепа для предотвращения влияния замирания принятого ультразвукового сигнала 22 и тем самым выпадания имнульсов 24 на результат измерения и работает следующим образом. Серия импульсов (диаграмма 25) с выхода первого триггера 7 поступает на второй вход схемы И 10. Нри этом на третий вход схемы И 10 непрерывно поступают импульсы дискретизации с частотой заполнения fo f, а на первый вход - импульсы (диаграмма 26) с выхода второго триггера 15. Этот импульс подготавливает схему 10 к работе. Импульсы (диаграмма 25) также поступают на второй вход делителя 16 с коэффициентом деления К, который выбирается заранее по заданной точности контроля и выполнению условия (1) п может быть, например, К 10. В случае переполнения делителя 16 (например, число импульсов 25 больше десяти), на его выходе образуется импульс (диаграмма 27), который переводит триггер 15 в нулевое состояние. При этом схема И 10 закрывается. За время действия импульсов 25 и 26 на выходе схемы И 10 образуются серии импульсов (диаграмма 28). Число импульсов в одной серии равно то/о + Ь , , .„,. + АГо где 10 tn + АГо, или NO :-f Го 1, здесь i , п О, 1, 2, ... и зависит ОТ Продолжительности замирания сигнала, а АГо выбирается путем подбора расстояния /о между ультразвуковыми преобразователями и выбором несущей частоты / так, чтобы выполнялось условие О АГо / во всем диапазоне изменения темнературы контролнруемой среды. Обычно выбирают АТо при калнбровке нрибора па среднее значение диапазона изменення температуры. Серии импульсов 28 поступают на суммирующий вход разностного счетчика имульсов 13 и на первый вход делителя 17. оэффициент деления делителя 17 выбран авным Kz - +1. Если замирания игнала 22 нет, то п О н TO АГо, что ает То /. Отсюда видно, что число имульсов NO в данном случае будет недостаочным для переполнения делителя 17, п тн импульсы будут суммироваться в счетике 13. Импульсы 24 в этом случае сбраывают делитель 17 в нулевое состояние, подгогав;1ивая его к дальпсйнюй раоте. В случае замирания сигнала 22 на отдельных его участках получаем га 1, 2, ... и TO. В этом случае делитель 17 переполняется, на его выходе образуются импульсы (диаграмма 29), которые запускают гене- 5 ратор 18. При этом на выходе генератора 18 образуется серия импульсов, число котоtрых составляет N -n+l. Эта серия импульсов поступает на вычитающий вход ю разностного счетчика 13, в котором фиксиДГоруется разность - Al : Таким образом, в счетчике 13 фиксируется число импульсов vVa, пропорциональное 15 изменению времени прохождения ультразвуковой волны между преобразователями 5 и 8, независимо от степени замирания сигнала. Накопление числа импульсов в счетчике 13 продолжается до того времени, 20 пока не будет переполнен делитель 16. В этом случае на выходе делителя 16 образуется импульс (диаграмма 27), который переводит триггер 15 в нулевое состояние, чем схема И 10 закрывается, и процесс из- 25 мерения прекращается. Код с выхода счетчика 13 поступает на рещающий блок 14, в котором по измеренному времени прохождения ДГо исчисляется отклонение температуры в исследуемой 30 среде, относнтельно среднего ее значения. С приходом следующего тактового импульса 19 сбрасываются показания цифрового табло рещающего блока 14, разностный счетчик импульсов 13 и делитель 16 35 переводятся в нулевые состояния, а триггер 15 - в единичное, чем измеритель подготавливается к дальнейщей работе. Предлагаемый ультразвуковой измеритель флуктуации температуры газовых сред 4ft позволяет повысить точность и помехоустойчивость измерений на счет накопления результатов измерення по одному зондирующему радиоимнульсу и исключения погрещности, вызванной замиранием нриня- 4,5 того сигнала. Кроме того, результат измерения представляется в цифровой форме, что позволяет автоматизировать системы контроля, основанные на определении температуры 50 ультразвуковым методом, и расщиряст область применения ультразвуковых контрольно-нзмерительных приборов. Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее соедииенные электроакустически последовательно генератор возбуждающих импульсов, излучающий и принимающий ультразвуковые преобразователи, приемник и триггер отличающееся тем, что, с целью повыщения точности при одновременном увеличенни помехоустойчивости, в устройство введены нуль-орган, первый генератор стабильной частоты и цепь из последовательно соединенных дифференциатора, делителя числа импульсов, второго триггера, схемы И, второго делителя числа импзльсов, генератора серии импульсов, разностногосчетчикаимпульсов и рещающего блока, причем выход дифференциатора подключен также ко вторым входам рещающего блока, второго триггера и разностного счетчика нмпульсов, третий вход которого подключен к выходу схемы И, ко входу которой подсоединен выход первого генератора стабильной частоты и выход первого триггера, подключенного вторы.м входом через нуль-орган к выходу генератора возбуждающих импульсов, при этом выход приемника подключен также ко вторым входам делителей числа импульсов, а генератор возбуждающих импульсов содержит второй генератор стабильной частоты, модулятор и генератор тактовых импульсов, подключенный ко второму выходу генератора возбуждающих импульсов, ко входам дифференциатора и модулятора, подключенного выходо.м к первому выходу генератора возбуждающих импульсов, а входом - к выходу второго генератора стабильной частоты. Р1сточники информации, принятые во вниманне при экспертизе 1.Патент США ЛЬ 3534G09, кл. G 01 К 11/24, опублик. 1970. 2.Авторское свидетельство СССР АО 658732, кл. G 01 К 11/24, 11.01.77 (прототип).